高温合金的切削加工分析

康文利

（华北电力大学，河北 保定 071003）

高温合金具有强度高、耐热性好、耐腐蚀能力强等特点，在650～1000℃高温下，仍具有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力。由于足够高的高温强度与抗氧化腐蚀能力，所以常用于热交换部件和汽油机、柴油机的排气阀、汽轮机的叶片、盘叶轮轴、高温紧固件等。由于高温合金的特点，使得其切削性能较差，采用传统的切削条件很难正常加工。因此，了解高温合金的切削加工性能和选择合理的切削条件，对于这些高温合金的推广和使用十分重要。

1 高温合金的切削特点

高温合金在切削过程中有以下特点：

（1）塑性变形大。由于高温合金中有大量的奥氏体组织存在，所以高温合金的塑性变形很大。

（2）切削力大。高温合金在较高温度下，仍有较高的物理机械性能，使切削力增大。通常，切削高温合金的单位切削力要比切削中碳钢高1～3倍。

（3）加工硬化现象严重。高温合金的硬度在常温下一般不高，但塑性变形大，使已加工表面产生加工硬化现象。另外，在切削温度作用下，合金中的强化相从固溶体中分解出来，呈极细的弥散相分布、进一步增大了硬化程度。切削高温合金时，已加工表面的硬度要比基体硬度高50%～100%。

（4）切削温度高，刀具易磨损。切削高温合金时，产生较大的塑性变形，刀具与工件间的摩擦加剧，切削力增大，因此产生大量的切削热。因高温合金的导热系数低，所以高温合金的散热性很差，使切削温度升高。由于高温合金的高温强度高，加工硬化严重，而且高温合金中含有许多金属碳化物、氮化物、硼化物以及金属间化合物等构成的硬质点，因此刀具的机械摩损严重。又由于切削力大，切削温度高，在高温高压下，使刀具—切屑接触面产生粘结，造成刀具的粘结磨损。在较高的切削温度下，刀具材料中某些合金元素如钨、钴、钛、铌等，将向工件及切屑中扩散，造成扩散磨损。

2 切削条件的选择

根据高温合金的性质及其加工特点，切削时应该降低切削温度，刀具刃口应保持锋利，减小加工硬化，并且提高工艺系统刚性。切削加工高温合金时，必须选用合适的刀具材料、合理的刀具几何参数、合理的切削用量及性能优良的切削液。

2.1 刀具材料

切削这类材料应选用耐热性好、抗弯强度高、耐磨、导热性好、抗粘结性好的刀具材料。连续车削应采用硬质合金刀具，只有在车削断续表面和复杂型面时，才使用高性能高速钢刀具。常选用YG类及含Ta（Nb）C的YG类硬质合金，以减少与工件材料中钛（Ti）元素的亲和作用，减小刀具的粘结磨损和扩散磨损。

推荐牌号：YG6，YG6A，643，726，813，YM051，YM052等。其中，采用YG类硬质合金是常用的牌号；用643切削高温合金效果较好；其余几种牌号切削效果明显优于YG类硬质合金。近年来，已采用 YS2（YG10HT）、YDl5（YGRM）、643M、813等新牌号硬质合金加工高温合金，取得了十分显著的效果。

2.2 刀具结构形式与几何参数

为了提高刀具刚性防止切削振动，一般需要可采用整体式硬质合金刀具。

为了获得刃口锋利的刀片，要采用合理刀片刃磨的方法，提高刀片的刃磨质量。

切削高温合金时，为了减小塑性变形，减小切削力，降低切削温度和减小加工硬化，应在保证刀刃强度前提下，尽量选用正前角（3°～10°），当切削速度较高时，可以采用负前角。对于薄壁零件宜选用较大前角。

由于高温合金塑性好，强度高，切屑卷曲困难，切屑易缠绕在工件或刀具上，影响产品质量，生产中可在车刀上制造断（卷）屑台或采用可转位刀片进行断（卷）屑。卷屑槽半径3～4 mm、槽宽3～5mm；主切削刃倒棱前角 －5°～－10°、宽度0.05～0.2mm。

为了减小刀具后刀面与加工表面间酌磨擦，后角应稍大些，粗加工一般取8°～12°，精加工取12°～18°。

刀具宜采用大工作主偏角，以减小背向切削力。主偏角60°～75°；副偏角 5°～10°；刃倾角 0°～-10°；刀尖圆角半径0.3～1mm。

2.3 切削参数

在高温合金加工过程中，随着切削速度的增加，切削温度将会升高。为避免切削温度过高，应采用较低的切削速度vc=20～40m/min；为避免切削刃和刀尖划过硬化层，以及避免刀刃与加工表面发生“挤压、打滑”现象而影响工件的加工质量，切削深度ap和进给量f均不宜过小，一般ap=0.1～4 mm，f=0.1～0.5mm/r。

2.4 切削液与排屑

切削高温合金时，单位时间内产生的切屑和热量均较多，由于高温合金的导热系数低，所以高温合金的散热性很差，易使切削温度升高，刀具磨损加剧，并将直接影加工精度和操作安全。为降低切削温度和提高刀具耐用度，应采取加注冷却液或低温强风冷却等措施；为将高温切屑及时从切削区转移出去，工艺系统中应配备必要的排屑装置。

一般加工高温合金，宜选用极压油类，以降低刀具—切屑接触面产生的粘结磨损。但为防应力腐蚀降低疲劳强度，加工镍基高温合金不宜用硫（S）系极压切削液，可用乳化液、透明水基切削液。

3 结束语

随着难加工材料的应用日益广泛，其切削加工性的研究已成为切削加工研究的一个主要方向。难加工材料的切削加工性与切削条件的合理选用，有着密切的关系。正确选用合理的切削条件，对提高生产效率、改善加工工艺性具有重要的意义。本文对目前应用较广的难加工材料高温合金切削加工特点进行了分析，并介绍了如何选择合理的刀具材料、刀具几何参数及切削用量，具有一定的实用价值。

[1]郑文虎，张玉林，詹明荣.难切削材料加工技术问答[M].北京：北京出版社，2001.

[2]韩荣第，于启勋.难加工材料切削加工[M].北京：机械工业出版社，1996.